Введение
1. Состояние вопроса. обоснование цели и задач исследований 10
1.1. Актуальность проблемы управления обрушением на отечественных и зарубежных рудниках 10
1.2. Горно-геологические и горнотехнические условия разработки апатитовых месторождений Хибин. 14
1.2.1. Геология и геомеханические условия. 14
1.2.2. Системы разработки. 19
1.3. Обзор исследований процесса обрушения покрывающих пород на апатитовых рудниках Хибин. 25
1.3.1. Влияние структурных особенностей массива на процесс самообрушения. 25
1.3.2. Исследования по управлению обрушением покрывающих пород натурными и лабораторными методами 27
1.3.3. Использование аналитических расчетных методов определения шага обрушения. 31
1.3.4. Использование численных методов в исследовании подработанных пород. 36
1.4. Обоснование цели и задач исследований 41
2. Обоснование применяемых методов исследований и разработка метода численного моделирования напряженно-деформированного состояния массива горных пород 44
2.1. Основы теории деформирования и разрушения горных пород 45
2.2. Отрывное разрушение массива скальных пород. 48
2.3. Разработка компьютерной технологии моделирования массива горных пород и его напряженного состояния. 51
2.3.1. Основные этапы компьютерного моделирования. 51
2.3.2. Основы метода конечных элементов. 53
2.3.3. Этап формирования структурной модели и трехмерной сети конечных элементов. 57
2.3.4. Формирование граничных условий. 61
2.3.5. Решение системы уравнений. 65
2.3.6. Визуальная интерпретация результатов расчетов. 68
2.4. Сравнение расчетных данных, полученных с помощью созданного компьютерного приложения, с данными измерений. 76
3. Исследование влияния геологических и горнотехнических факторов на напряженно-деформированное состояние подработанного массива пород 81
3.1. Изучение напряженно-деформированного состояния потолочины одиночного очистного пространства в зависимости от формы и пути образования очистного обнажения и вида нагружения. 82
3.1.1. Под действием собственного веса. 83
3.1.2. С учетом тектонической составляющей. 95
3.2. Исследование напряженно-деформированного состояния подработанных пород на моделях-аналогах с учетом гористого рельефа поверхности. 95
3.2.1. Обоснование параметров расчетной модели, 95
3.2.2. Очистное пространство выше уровня долины. 98
3.2.2.1. НДС консольного зависания с односторонней заделкой подработанных пород. 98
3.2.2.2. НДС подработанных пород при трехстороннем опираний. 103
3.2.2.3. НДС подработанных пород при двухстороннем опираний. 111
3.2.3. НДС подработанных пород при расположении очистного пространства выше уровня долины. 114
3.2.4. Особенности напряженно деформированного состояния пород кровли очистного пространства в тектонически нагруженном массиве с гористым рельефом. 119
4. Изучение механизма обрушения подработанных пород и разработка методики прогнозирования обрушений для условий рудников хибин. 124
4.1. Ретроспективный анализ параметров обрушений пород до поверхности на Юкспорском крыле Объединенного Кировского рудника в период с 1990 по 2005 гг 124
4.2. Определение параметров расчетной области и разработка крупномасштабной модели для моделирования современного поля напряжений Юкспорской части ОКР. 130
4.3. Оценка изменения НДС подработанных пород в период с 1990 по 2000 годы. 133
4.4. Влияние геологических нарушений на напряженно-деформированное состояние подработанных пород. 143
4.5. Сопоставление результатов моделирования НДС подработанных пород для моделей-аналогов и моделей реальных объектов и выявление общих закономерностей 149
4.6. Использование результатов численного моделирования для выработки рекомендаций по динамическому воздействию на подработанные породы. 155
4.7. Методика прогноза обрушений по результатам численного моделирования деформированного состояния подработанных пород. 158
Заключение 164
Список использованных источников 167
